(57)【要約】  本発明の実施形態は、螺旋状に巻いた膜の分離要素内の多孔透過スペーサの上若しくは中に堆積された、又は一体化された、任意の流れを方向付けるパターンの一体化を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆浸透フィルタ内で使用するように構成された透過スペーサであって、
一定の厚さだけ分離された第１及び第２の対向する面を有し、長さ方向に一定の長さ及び幅方向に一定の幅を延在するメッシュ型材料の第１のシートであって、前記第１のシートはメッシュ透過性を有する、第１のシートと、
前記メッシュ透過性より少ない特徴の透過性を有する１つ又は複数の特徴であって、前記１つ又は複数の特徴は、前記メッシュ型材料内に配置され、前記第１の面から前記第２の面に延在し、逆浸透フィルタ内で使用するときに前記１つ又は複数の特徴が前記第１のシート内の１つ又は複数の流体流れチャネルを画定するように構成される、１つ又は複数の特徴を含む、透過スペーサ。
【請求項２】
螺旋状に巻いた逆浸透フィルタ内でその長さに沿って螺旋状に巻いた前記シートと共に使用するように構成され、前記１つ又は複数の特徴は前記第１のシートの前記長さの少なくとも一部に沿って延在する１つ又は複数の流体流れチャネルを画定する、請求項１に記載の透過スペーサ。
【請求項３】
前記１つ又は複数の特徴は、前記幅の第１の領域で始まり、前記長さに沿って一定距離を延在し、次いで前記長さに沿って前記幅の第２の領域に戻る１つ又は複数の流体流れチャネルを画定し、この場合、前記第１及び第２の領域は前記第１のシートの前記長さに対して実質的に同じ位置にある、請求項１に記載の透過スペーサ。
【請求項４】
前記第１の領域は、前記第１のシートの前記長さの第１の端部に前記第１のシートの前記幅の少なくとも３分の１を含み、前記第２の領域は、前記第１のシートの前記長さの前記第１の端部に前記第１のシートの前記幅の少なくとも３分の１を含み、前記第１の領域は前記第２の領域と異なる、請求項３に記載の透過スペーサ。
【請求項５】
前記１つ又は複数の特徴の少なくとも１つは、前記第１のシートから離れて前記第１のシートの前記第１の面を超えて延在する、請求項１に記載の透過スペーサ。
【請求項６】
前記１つ又は複数の特徴の少なくとも１つは、前記第１のシートが螺旋状に巻かれたとき、供給流体間隔を提供するために十分な距離を前記第１のシートから離れて前記第１のシートの前記第１の面を超えて延在する、請求項５に記載の透過スペーサ。
【請求項７】
前記第１のシートから離れて延在する前記１つ又は複数の特徴が前記第１のシートを前記第２のシートから離間させるように、前記第１のシートの前記第１の面の隣に配置された、透過性メッシュ型材料の第２のシートを更に含む、請求項５に記載の透過スペーサ。
【請求項８】
前記第２のシートは、前記第２のシートの前記透過性より低い透過性を有する１つ又は複数の特徴を含み、前記第２のシートの前記メッシュ型材料内に配置され、前記第１のシートに向いている前記第２のシートの前記面を超えて延在する、請求項７に記載の透過スペーサ。
【請求項９】
前記第２のシートは、前記第２のシートの前記透過性より低い透過性を有する１つ又は複数の特徴を含み、前記第２のシートの前記メッシュ型材料内に配置され、前記第１のシートに背を向けている前記第２のシートの前記面を超えて延在する、請求項７に記載の透過スペーサ。
【請求項１０】
前記第２のシート内の前記１つ又は複数の特徴の少なくとも１つは、前記透過スペーサシートが螺旋状に巻かれたとき、供給流体間隔を提供するために十分な距離を前記第２のシートから離れて延在する、請求項９に記載の透過スペーサ。
【請求項１１】
中央流体流れチャネルを中心に螺旋状に巻いた、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の透過スペーサを含む、逆浸透フィルタ要素。
【請求項１２】
透過スペーサを作成する方法であって、
透過性メッシュ型材料の第１のシートを供給することと、
前記第１のシートの中に１つ又は複数の特徴を堆積することであって、前記第１のシート内の前記特徴は、前記第１のシートの前記透過性より少ない透過性を提供し、前記第１のシート内の前記特徴は、前記特徴が前記第１のシートを通る流体流路を画定するように堆積される、堆積することを含む、方法。
【請求項１３】
前記第１のシート内の前記特徴は、前記第１のシートの前記全厚さを通って延在する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のシート内の前記特徴は、前記第１のシートの前記全厚さを通って延在し、前記第１のシートの面の上に一定距離延在する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のシート内の前記特徴は、前記第１のシートの前記長さに沿って延在する流体流路を画定し、この場合、前記長さは、逆浸透フィルタ内に置かれたときに螺旋状に巻いた前記第１のシートの前記寸法である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
透過性メッシュ型材料の第２のシートを供給することと、
前記第２のシートの中に１つ又は複数の特徴を堆積することであって、前記第２のシート内の前記特徴は、前記第２のシートの前記透過性より少ない透過性を提供し、前記第２のシート内の前記特徴は、前記特徴が前記第２のシートを通る流体流路を画定するように堆積される、堆積することと、
前記第１のシートを前記第２のシートとその面に沿って接触して置くことにより、透過スペーサを作成することとを更に含む、請求項１２に記載の透過スペーサを作成する方法。
【請求項１７】
透過スペーサを作成する方法であって、
前記第１のシート内の前記特徴は、前記第１のシートの前記全厚さを通って延在し、前記第１のシートの第１の面の上に一定距離延在し、前記第１のシートは前記第２のシートと接触して置かれ、前記第１のシートの前記第１の面は前記第２のシートと接触する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
透過スペーサを作成する方法であって、
前記第２のシート内の前記特徴は、前記第２のシートの前記全厚さを通って延在し、前記第２のシートの第１の面の上に一定距離延在し、前記第１のシートは前記第２のシートと接触して置かれ、前記第１のシートの前記第１の面は前記第２のシートの前記第１の面と接触する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
透過スペーサを作成する方法であって、
前記第２のシート内の前記特徴は、前記第２のシートの前記全厚さを通って延在し、前記第２のシートの第１の面の上に一定距離延在し、前記第１のシートは前記第２のシートと接触して置かれ、前記第１のシートの前記第１の面は前記第２のシートの第１の面と接触しない、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
逆浸透フィルタを作成する方法であって、
請求項１２〜１８のいずれか一項に記載の透過スペーサを作成することと、中央流体流れチャネルを中心に前記透過スペーサを螺旋状に巻くこととを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
発明の分野
本主題発明は流体成分、詳細には螺旋状に巻いた膜の透過膜要素の分離のために利用される透過膜システムに関する。本発明は、２０１３年２月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／７７１，０４１号及び国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１４／０６０７０５号に記載された発明に関連し、それらは参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
当技術分野で周知の螺旋状に巻いた膜の濾過要素は、多孔透過スペーサに、又は多孔透過スペーサを中心に封止した膜シートから構成された積層構造からなり、多孔透過スペーサは膜を通過して中央チューブに流れる流体を除去するための経路を生成する一方で、この積層構造は、中央チューブを中心に螺旋状に巻き付けられ、要素を通る流体の軸流を可能にするために多孔供給スペーサでそれ自体から離間される。この供給スペーサは積層構造の間に開いた均一の軸流を維持するために必要である一方で、又この供給スペーサは、軸流チャネル内の流量制限及び圧力降下の源でもあり、又生体成長、スケール形成、及び粒子捕捉を介して膜の汚染に大きく影響する膜への流れ及び接触を制限する面積も提示する。浸透圧発電（ＰＲＯ）(pressure retarded osmosis)、正浸透（ＦＯ）（forward osmosis）、及び逆浸透（ＲＯ）（reverse osmosis）の適用において、供給空間及び透過スペーサ内の流路は最適なシステム作動に有益であることが可能である。
【０００３】
螺旋状に巻いた要素の設計の改善は、Bargerら及びBradfordらによって開示されており、それらは膜の外側又は活性表面上に直接堆積され、若しくは浮き彫りにされた島又は突出部が供給スペーサにとって代わる。この構成は、この構成が要素を通る軸流のための間隔を維持する一方で、流れチャネル内の障害を最小にするという点において好都合である。またこの構成は、個別の構成要素として多孔供給スペーサを取り除き、従って要素の製造を単純にする。参照により本明細書に組み込まれた、改良された螺旋状に巻いた要素構造（Improved Spiral Wound Element Construction）という名称の、米国特許出願公開第２０１６−０００８７６３−Ａ１号は、膜シートの活性表面の裏側、又は透過スペーサの表面に直接印刷したパターンの適用を教示している。
【０００４】
それぞれが参照により本明細書に組み込まれた以下の参考文献、すなわち米国特許第３９６２０９６号、米国特許第４４７６０２２号、米国特許第４７５６８３５号、米国特許第４８３４８８１号、米国特許第４８５５０５８号、米国特許第４９０２４１７号、米国特許第４８６１４８７号、米国特許第６６３２３５７号、及び米国特許出願第２０１６−０００８７６３−Ａ１号により、本発明の理解を促すことができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の説明
上に一覧にされたプロパテントなどにおけるような一連の要素の透過スペーサ層を通る直列流れに関与する、一部の螺旋状に巻いた膜の分離適用では、好都合なことに従来の織透過スペーサ布によって提示されるものより流れへの抵抗が低い一方で、高い外圧による変形への抵抗を含む他の特性を維持する。追加として、透過スペーサ内で恣意的な形状の流れチャネルを調整する機能は、透過スペーサ層を通る流れの分配を制御可能にすることができる。本発明の実施形態は、透過スペーサ内に正供給チャネルを生成するために多孔透過スペーサ上に印刷し、堆積し、又は多孔透過スペーサに一体化した特徴を提供する。追加の例示的実施形態では、チャネルを生成する材料は、感光性樹脂、ホットメルトポリオレフィン、硬化性重合体若しくは接着剤、又は他の材料を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図面の簡単な説明
【図１】透過スペーサメッシュの間質空間の中に印刷された種々の特徴、並びにメッシュの中及びメッシュの上部上の両方に印刷された種々の特徴の上面図並びに側面図を示す。
【図２】隣接した層の間に従来の供給スペーサを備えた、透過スペーサの間質空間内の３Ｄ印刷材料の断面図である。
【図３】間質空間、及び従来の供給スペーサの代わりに流れチャネルを形成するために膜シートを浮き彫りにする透過スペーサの上の突出部内の３Ｄ印刷材料の断面図である。
【図４】間質空間、及び隣接した層の間に従来の供給スペーサを備えた、隣接した透過スペーサシートの間により自由な流路を生成する、供給スペーサの２つの挟まれたシートの間の透過スペーサを通る突出部内の３Ｄ印刷材料の断面図である。
【図５】間質空間、及び隣接した透過スペーサシートの間により自由な流路を生成する、供給スペーサの２つの挟まれたシートの間の透過スペーサの上の突出部内の３Ｄ印刷材料の断面図である。膜シートに隣接した突出部は、従来の供給スペーサの代わりに流れチャネルを形成するために膜を浮き彫りにする。
【図６】螺旋状に巻いたＰＲＯ膜要素内の透過スペーサの間質空間に堆積された流れ制御特徴の図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
発明を実施するための形態及び産業上の利用可能性
まず図１を参照すると、ポスト線、島線、直線、曲線、若しくは傾斜線区分又は実線、或いは他の複雑な形状などの単一の堆積特徴又は複数の堆積特徴１０は、透過スペーサメッシュ１２の中１６に、若しくは透過スペーサメッシュ１２を通って、及び透過スペーサメッシュ１２の表面上に堆積することができ、又は透過スペーサ内に恣意的な流路１４を生成するために透過スペーサの間質空間の中に印刷若しくは別法により適用することができ、又は多孔透過スペーサ層の製造工程の間に透過スペーサの中に導入することができる。又透過スペーサ内に生成した流れチャネルは、透過スペーサ１８の上部上に突出部を生成するために透過スペーサの表面の上に突出する特徴を組み込むこともできる。図３に示されたように、このような突出部は、隣接した層の平底膜２２を備えた膜とスペーサとの間に分離を生成するために、透過スペーサ２０に隣接した膜シートの表面を浮き彫りにする３０作用に使用することができる。突出部は透過キャリアメッシュを通して直接流す２６ために使用することができ、図４に示されたように、この透過スペーサを積み重ねた層を通る流体流れ４０への抵抗を下げるために、透過スペーサの隣接した積み重ねたシートの間のスペーサとして使用することもできる。追加として、より厚い２層の透過スペーサは、透過スペーサの層の上部上のスペーサ内に、又はスペーサを通って、及びスペーサの上に印刷した特徴を備えた１層を積み重ねることによって生み出すことができ、透過スペーサの層は、図４及び図５に示されたように、透過スペーサメッシュ自体を通る流れより透過スペーサの間のこれらの空間を通るはるかに自由な流れを可能にするように、間質空間４２を生成するために層を通って、且つ層の上に印刷された特徴を有する。
【０００８】
図６を参照すると、螺旋状に巻いたＰＲＯ要素の一部の設計では、流れ分離器６２を含有する中央チューブ６０は、入口流６８から入口孔７０を通って透過スペーサメッシュの中への液体流れを促進する。印刷された特徴は、戻る透過流が中央チューブ内の出口孔６４を通って戻り、中央チューブからの出口流６６に合流する前に、透過スペーサ及びクロスフローの供給部内の液体の間の流れ及び質量移動を最適にするために、透過スペーサを通る流れを方向付け、調節するために使用される。２層のスペーサメッシュが１層上の上昇した特徴によって分離するように使用される場合、層の間の空間は流れに対する抵抗が低い経路を生成し、従って経路に沿った圧力降下を下げる一方で、依然として適正な質量移動を提供するために透過スペーサを通って膜表面に適切に流すことができる。
【０００９】
一例示的実施形態では、堆積した特徴は透過スペーサを通る任意の流路を形成するために使用され、従来の供給スペーサメッシュは螺旋状に巻いた要素内の隣接した層を分離するために使用される。
【００１０】
一例示的実施形態では、堆積した特徴は透過スペーサを通る任意の流路を形成するために使用され、浮き彫りにした特徴はブライン供給チャネル内に空間を生成し、そうでなければ螺旋状に巻いた膜要素を製造する分野で現在使用されている供給スペーサメッシュ材料に取って代わる。
【００１１】
一例示的実施形態では、２層の透過スペーサは単一層を使用する代わりに互いの上部に積み重ねられ、透過スペーサを通る任意の流路を形成する堆積した特徴及び一方又は両方の層の上に堆積した突出部は、層の間に空間を生成し、空間は透過スペーサ材料自体より流体流れに対してはるかに低い抵抗を生成する一方で、従来の供給スペーサメッシュは、螺旋状に巻いた要素内の隣接した層を分離するために使用される。
【００１２】
一例示的実施形態では、２層の透過スペーサは単一層を使用する代わりに互いの上部に積み重ねられ、透過スペーサを通る任意の流路を形成する堆積した特徴及び一方又は両方の層の上に堆積した突出部は、層の間に空間を生成し、空間は透過スペーサ材料自体より流体流れに対してはるかに低い抵抗を生成する一方で、浮き彫りにした特徴はブライン供給チャネル内に空間を生成し、そうでなければ螺旋状に巻いた膜要素を製造する分野で現在使用されている供給スペーサメッシュ材料に取って代わる。
【００１３】
特徴の高さ及び形状は、個々の流動様式で自由に流れるように適した浮き彫りにした、又は突出する特徴のために、透過スペーサ及び間隔内に流路を提供するように構成することができる。特徴は全体が中実である必要はなく、使用される印刷材料及び技法に依存して、ある程度の透過性を含有することができる。パターンは流れを方向付けるために作られるが、流れを完全に分離する必要はないので、ある程度の透過性で容認できる。総体流に実質的に影響を与えないパターンを横切る少量の流れ又は拡散は、一部の適用に容認できる。
【００１４】
特徴は、分離された流体、及びこれに限定されないが、熱可塑性プラスチック、反応性ポリマ、ワックス、又は樹脂を含む透過スペーサと互換性がある様々な材料から構成することができることが当業者には認識される。追加として、分離された流体と互換性があるが、これに限定されないが、高温熱可塑性プラスチック、金属、又は陶磁器を含む透過スペーサへの直接堆積と互換性がない材料は、適切な寸法に予備形成し、鋳造し、又は切断し、透過スペーサと互換性がある接着剤で透過スペーサの表面に接着することができる。
【００１５】
特徴は種々の技法によって堆積できることが当業者には認識される。オフセット印刷、グラビア印刷、及びスクリーン印刷などの従来の印刷技法が適することが可能であるが、これらの堆積技法では厚さ及び幾何学に限度がある可能性がある。より厚い特徴は、マイクロ分注、インクジェット印刷、熱溶解積層法によって、又はシートのロール移載若しくは個別の特徴のピックアンドプレースを含むことができる接着剤を使用する適用を介して堆積することができる。
【００１６】
本発明は、様々な例示的実施形態に関連して記載された。上の記載は本発明の原理の適用の例示に過ぎず、本発明の範囲は本明細書に照らして見た特許請求の範囲によって決定されるべきであることが理解されよう。本発明の他の変形形態及び修正形態が当業者には明らかになろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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